在双极膜电渗析系统-批次反渗透系统结构下，从牛奶和黄油工厂中回收化学品/水分

《Scientific Reports》：Chemicals/water recoveries from milk and butter factories under a bipolar-membrane electrodialysis system-batch reverse osmosis system structure

　　

摘要

随着牛奶和黄油工厂产生的废水量不断增加，将有效的水资源回收技术整合到处理系统中变得越来越重要。双极膜电渗析（BMED）系统因能够高效处理废水同时实现水和化学物质的回收而受到关注。本研究对一种结合了批次反渗透（BROS）和BMED系统的 hybrid 处理系统进行了技术和经济评估。该研究基于过程机理建模和技术经济分析，而非实验测量数据。这种 hybrid 结构的核心目标是从乳制品加工废水中回收水和有价值的化学物质。与以往报道的 RO-BMED 系统不同，所提出的 BROS-BMED 系统在废水进入 BMED 系统之前采用批次反渗透步骤进行预浓缩。提高进料浓度可以增强离子迁移的动力，从而提升能源效率和成本效益。通过这种方法，该系统能够同时生产可重复使用的水以及高纯度的酸和碱，并由于进入 BMED 系统的进料浓度更高而减少能源消耗。在建模过程中，BROS 作为一个批次单元运行，逐渐增加进料浓度，直到达到代表典型乳废水的浓缩倍数（FCL）6.3。BMED 系统阶段在稳态条件下进行建模，使用的离子交换膜和双极膜为商用产品，电流密度优化为 296 A m^?2。通过对集成式和独立式 BMED 系统的全面比较，突出了主要性能指标，如水资源回收率、酸/碱纯度、特定能耗和总体生产成本。模型结果表明，优化的 hybrid 设计有助于提高经济效益，预计总体生产成本可降低约 25.5%。模拟显示，在浓缩倍数为 6.3 且电流密度为 296 A m^?2 的运行条件下，整个处理过程的单位成本为 12.93 元。